Содержание статьи
ВОДОРОДНАЯ БОМБА, оружие большой разрушительной силы (порядка мегатонн в тротиловом эквиваленте), принцип действия которого основан на реакции термоядерного синтеза легких ядер. Источником энергии взрыва являются процессы, аналогичные процессам, протекающим на Солнце и других звездах.
Термоядерные реакции.
В недрах Солнца содержится гигантское количество водорода , находящегося в состоянии сверхвысокого сжатия при температуре ок. 15 000 000 К. При столь высоких температуре и плотности плазмы ядра водорода испытывают постоянные столкновения друг с другом, часть из которых завершается их слиянием и в конечном счете образованием более тяжелых ядер гелия. Подобные реакции, носящие название термоядерного синтеза, сопровождаются выделением огромного количества энергии. Согласно законам физики, энерговыделение при термоядерном синтезе обусловлено тем, что при образовании более тяжелого ядра часть массы вошедших в его состав легких ядер превращается в колоссальное количество энергии. Именно поэтому Солнце, обладая гигантской массой, в процессе термоядерного синтеза ежедневно теряет ок. 100 млрд. т вещества и выделяет энергию, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.
Изотопы водорода.
Атом водорода – простейший из всех существующих атомов. Он состоит из одного протона, являющегося его ядром, вокруг которого вращается единственный электрон. Тщательные исследования воды (H 2 O) показали, что в ней в ничтожном количестве присутствует «тяжелая» вода, содержащая «тяжелый изотоп» водорода – дейтерий (2 H). Ядро дейтерия состоит из протона и нейтрона – нейтральной частицы, по массе близкой к протону.
Существует третий изотоп водорода – тритий, в ядре которого содержатся один протон и два нейтрона. Тритий нестабилен и претерпевает самопроизвольный радиоактивный распад, превращаясь в изотоп гелия. Следы трития обнаружены в атмосфере Земли , где он образуется в результате взаимодействия космических лучей с молекулами газов, входящих в состав воздуха. Тритий получают искусственным путем в ядерном реакторе, облучая изотоп литий-6 потоком нейтронов.
Разработка водородной бомбы.
Предварительный теоретический анализ показал, что термоядерный синтез легче всего осуществить в смеси дейтерия и трития. Приняв это за основу, ученые США в начале 1950 приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы (HB). Первые испытания модельного ядерного устройства были проведены на полигоне Эниветок весной 1951; термоядерный синтез был лишь частичным. Значительный успех был достигнут 1 ноября 1951 при испытании массивного ядерного устройства, мощность взрыва которого составила 4 ё 8 Мт в тротиловом эквиваленте.
Первая водородная авиабомба была взорвана в СССР 12 августа 1953, а 1 марта 1954 на атолле Бикини американцы взорвали более мощную (примерно 15 Мт) авиабомбу. С тех пор обе державы проводили взрывы усовершенствованных образцов мегатонного оружия.
Взрыв на атолле Бикини сопровождался выбросом большого количества радиоактивных веществ. Часть из них выпала в сотнях километров от места взрыва на японское рыболовецкое судно «Счастливый дракон», а другая покрыла остров Ронгелап. Поскольку в результате термоядерного синтеза образуется стабильный гелий, радиоактивность при взрыве чисто водородной бомбы должна быть не больше, чем у атомного детонатора термоядерной реакции. Однако в рассматриваемом случае прогнозируемые и реальные радиоактивные осадки значительно различались по количеству и составу.
Механизм действия водородной бомбы.
Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взрывается находящийся внутри оболочки HB заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из дейтерида лития – соединения дейтерия с литием (используется изотоп лития с массовым числом 6). Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Таким образом, атомный запал создает необходимые для синтеза материалы непосредственно в самой приведенной в действие бомбе.
Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода. При дальнейшем повышении температуры могла бы начаться реакция между ядрами дейтерия, характерная для чисто водородной бомбы. Все реакции, конечно, протекают настолько быстро, что воспринимаются как мгновенные.
Деление, синтез, деление (супербомба).
На самом деле в бомбе описанная выше последовательность процессов заканчивается на стадии реакции дейтерия с тритием. Далее конструкторы бомбы предпочли использовать не синтез ядер, а их деление. В результате синтеза ядер дейтерия и трития образуются гелий и быстрые нейтроны, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать деление ядер урана-238 (основной изотоп урана, значительно более дешевый, чем уран-235, используемый в обычных атомных бомбах). Быстрые нейтроны расщепляют атомы урановой оболочки супербомбы. Деление одной тонны урана создает энергию, эквивалентную 18 Мт. Энергия идет не только на взрыв и выделение тепла. Каждое ядро урана расщепляется на два сильно радиоактивных «осколка». В число продуктов деления входят 36 различных химических элементов и почти 200 радиоактивных изотопов. Все это и составляет радиоактивные осадки, сопровождающие взрывы супербомб.
Благодаря уникальной конструкции и описанному механизму действия оружие такого типа может быть сделано сколь угодно мощным. Оно гораздо дешевле атомных бомб той же мощности.
Последствия взрыва.
Ударная волна и тепловой эффект.
Прямое (первичное) воздействие взрыва супербомбы носит тройственный характер. Наиболее очевидное из прямых воздействий – это ударная волна огромной интенсивности. Сила ее воздействия, зависящая от мощности бомбы, высоты взрыва над поверхностью земли и характера местности, уменьшается с удалением от эпицентра взрыва. Тепловое воздействие взрыва определяется теми же факторами, но, кроме того, зависит и от прозрачности воздуха – туман резко уменьшает расстояние, на котором тепловая вспышка может вызвать серьезные ожоги.
Согласно расчетам, при взрыве в атмосфере 20-мегатонной бомбы люди останутся живы в 50% случаев, если они 1) укрываются в подземном железобетонном убежище на расстоянии примерно 8 км от эпицентра взрыва (ЭВ), 2) находятся в обычных городских постройках на расстоянии ок. 15 км от ЭВ, 3) оказались на открытом месте на расстоянии ок. 20 км от ЭВ. В условиях плохой видимости и на расстоянии не менее 25 км, если атмосфера чистая, для людей, находящихся на открытой местности, вероятность уцелеть быстро возрастает с удалением от эпицентра; на расстоянии 32 км ее расчетная величина составляет более 90%. Площадь, на которой возникающее во время взрыва проникающее излучение вызывает летальный исход, сравнительно невелика даже в случае супербомбы высокой мощности.
Огненный шар.
В зависимости от состава и массы горючего материала, вовлеченного в огненный шар, могут образовываться гигантские самоподдерживающиеся огненные ураганы, бушующие в течение многих часов. Однако самое опасное (хотя и вторичное) последствие взрыва – это радиоактивное заражение окружающей среды.
Радиоактивные осадки.
Как они образуются.
При взрыве бомбы возникший огненный шар наполняется огромным количеством радиоактивных частиц. Обычно эти частицы настолько малы, что, попав в верхние слои атмосферы, могут оставаться там в течение долгого времени. Но если огненный шар соприкасается с поверхностью Земли, все, что на ней находится, он превращает в раскаленные пыль и пепел и втягивает их в огненный смерч. В вихре пламени они перемешиваются и связываются с радиоактивными частицами. Радиоактивная пыль, кроме самой крупной, оседает не сразу. Более мелкая пыль уносится возникшим в результате взрыва облаком и постепенно выпадает по мере движения его по ветру. Непосредственно в месте взрыва радиоактивные осадки могут быть чрезвычайно интенсивными – в основном это оседающая на землю крупная пыль. В сотнях километров от места взрыва и на более далеких расстояниях на землю выпадают мелкие, но все еще видимые глазом частицы пепла. Часто они образуют похожий на выпавший снег покров, смертельно опасный для всех, кто окажется поблизости. Еще более мелкие и невидимые частицы, прежде чем они осядут на землю, могут странствовать в атмосфере месяцами и даже годами, много раз огибая земной шар. К моменту выпадения их радиоактивность значительно ослабевает. Наиболее опасным остается излучение стронция-90 с периодом полураспада 28 лет. Его выпадение четко наблюдается повсюду в мире. Оседая на листве и траве, он попадает в пищевые цепи, включающие и человека. Как следствие этого, в костях жителей большинства стран обнаружены заметные, хотя и не представляющие пока опасности, количества стронция-90. Накопление стронция-90 в костях человека в долгосрочной перспективе весьма опасно, так как приводит к образованию костных злокачественных опухолей.
Длительное заражение местности радиоактивными осадками.
В случае военных действий применение водородной бомбы приведет к немедленному радиоактивному загрязнению территории в радиусе ок. 100 км от эпицентра взрыва. При взрыве супербомбы загрязненным окажется район в десятки тысяч квадратных километров. Столь огромная площадь поражения одной-единственной бомбой делает ее совершенно новым видом оружия. Даже если супербомба не попадет в цель, т.е. не поразит объект ударно-тепловым воздействием, проникающее излучение и сопровождающие взрыв радиоактивные осадки сделают окружающее пространство непригодным для обитания. Такие осадки могут продолжаться в течение многих дней, недель и даже месяцев. В зависимости от их количества интенсивность радиации может достичь смертельно опасного уровня. Сравнительно небольшого числа супербомб достаточно, чтобы полностью покрыть крупную страну слоем смертельно опасной для всего живого радиоактивной пыли. Таким образом, создание сверхбомбы ознаменовало начало эпохи, когда стало возможным сделать непригодными для обитания целые континенты. Даже спустя длительное время после прекращения прямого воздействия радиоактивных осадков будет сохраняться опасность, обусловленная высокой радиотоксичностью таких изотопов, как стронций-90. С продуктами питания, выращенными на загрязненных этим изотопом почвах, радиоактивность будет поступать в организм человека.
Я совсем не занудства ради выше подробно расписывал устройство американского тактического “ядренбатона”. Без него сложно было бы понять суть проблемы, с которой столкнулись США, и которую пытались скрывать на протяжении как минимум последних 15 лет. Вы помните, бомба состоит из “бака с термоядерным топливом” и плутониевого триггера - зажигалки. С тритием-то там никаких проблем. Дейтерид-лития-6 - вещество твердое и по своим характеристикам достаточно стабильное. Обычная взрывчатка, из которой состоит детонационная сфера первоначального инициатора триггера, со временем свои характеристики конечно меняет, но ее замена особой проблемы не создает. А вот к плутонию есть вопросы.
Оружейный плутоний - он распадается. Постоянно и неостановимо. Проблема боеспособности “старых” плутониевых зарядов в том, что с течением времени уменьшается концентрация Плутония 239. Из-за альфа-распада (ядра Плутония-239 «теряют» альфа-частицы, представляющие из себя ядра атома Гелия), вместо него образуется примесь Урана 235. Соответственно, растёт критическая масса. Для чистого Плутония 239 - это 11кг (10см сфера), для урана - 47 кг (17см сфера). Уран -235 также распадается (это как и в случае с Плутонием-239, тоже альфа-распад), загрязняя плутониевую сферу Торием-231 и Гелием.Примесь плутония 241 (а оно всегда есть, хоть и доли процентов) с периодом полураспада в 14 лет, также распадается(в этом случае идет уже бета-распад - Плутоний-241 «теряет» электрон и нейтрино), давая Америций 241, ещё более ухудшающий критические показатели(Америций-241 распадается по альфа-варианту до Нептуния-237 и все того же Гелия).
Когда я говорил про ржавчину, я не сильно то и шутил. Плутониевые заряды “стареют”. И их, как бы, невозможно “обновить”. Да, теоретически, можно поменять конструкцию инициатора, расплавить 3 старых шарика, сплавить из них 2 новых… Увеличив массу с учётом деградации плутония. Однако “грязный” плутоний - ненадёжен. Даже увеличенный “шарик” может не выйти на сверхкритическое состояние при обжатии во время взрыва… А если вдруг по какой-то статистической прихоти в полученном шарике образуется повышенное содержание Плутония-240 (образуется из 239 захватом нейтрона) - то наоборот, может бабахнуть прямо на заводе. Критичной величиной является 7% Плутония-240, превышение которой может привести к изящно сформулированной «проблеме» - «преждевременной детонации».
Таким образом, мы приходим к выводу о том, что для обновления парка B61 Штатам нужны новые, свежие плутониевые инициаторы. Но официально - реакторы -размножители в Америке были закрыты еще в 1988 году. Существуют, конечно, еще накопленные запасы. В РФ к 2007 было накоплено 170 тонн оружейного плутония, в США - 103 тонны. Хотя эти запасы тоже “стареют”. Плюс к тому, вспоминается статья НАСА о том, что у США осталось Плутония-238 всего на пару РИТЭГов. Департамент энергетики обещает НАСА 1.5 кг Плутония-238 в год. “Новые горизонты” имеет 220Ваттный РИТЭГ, содержащий в себе 11 килограммов. “Любопытство” - несёт РИТЭГ с 4.8 кг. Причём, есть предположения, что этот плутоний уже был куплен в России…
Это и приоткрывает завесу тайны над вопросом “массового усыхания” американского тактического ядерного оружия. Подозреваю, что все В61, произведенные до начала 80х годов ХХ века они разобрали сами, так сказать, во избежание “внезапных случайностей”. А также в виду неизвестности: - а сработает ли изделие, как надо, если, не приведи Господи, дело таки дойдет до его практического применения? Но теперь начал “подходить срок” оставшейся части арсенала и судя по всему старые приемы с ним уже не проходят. Бомбы надо разбирать, но сделать новые в Америке уже не из чего. От слова - вообще. Технологии обогащения урана утрачены, наработка оружейного плутония остановлена теперь уже по обоюдной договоренности России и США, специальные реакторы остановлены. Специалистов практически не осталось. Да и денег начинать эти ядерные танцы с начала в нужном количестве, как выяснилось, у США уже тоже нет. А отказаться от тактического ядерного оружия нельзя по целому ряду политических причин. Да и вообще, в США все, от политиков до военных стратегов слишком сильно привыкли к наличию у себя тактической ядерной дубинки. Без нее им как-то неуютно, холодно, страшно и очень одиноко.
Впрочем, судя по информации открытых источников, пока ядерная начинка в В61 еще не совсем до конца «протухла». Лет 15 - 20 изделие еще срабатывать будет. Другой вопрос, что про установку на максимальную мощность можно забыть. Значит что? Значит надо придумать, как ту же бомбу можно класть точнее! Расчеты на матмоделях показали, что при сокращении радиуса круга, в который изделие будет гарантированно попадать, до 30 метров, и обеспечения не наземного, а подземного подрыва боевой части на глубине хотя бы от 3 до 12 метров, разрушительная сила удара, за счет процессов, протекающих в плотное среде грунтов, получается той же, а мощность взрыва можно уменьшить до 15 раз. Грубо говоря, тот же результат достигается 17ю килотоннами, вместо 170. Как это сделать? Да элементарно, Ватсон!
ВВС уже скоро как 20 лет применяют технологию Joint Direct Attack Munition (JDAM). Берется обычная “тупая” (от английского dumb) бомба.
На нее навешивается комплект наведения, включающий использование GPS, заменяется хвостовая часть с пассивной на активно подруливающую по командам бортового компьютера, и вот вам новая, уже”умная”(smart) бомба, способная поражать цель точно. Кроме того, замена материалов некоторых элементов корпуса и головного обтекателя позволяет оптимизировать траекторию встречи изделия с преградой так, чтобы за счет собственной кинетической энергии оно могло до взрыва проникать в грунт на нужную глубину Технология была разработана корпорацией Boeing в 1997 году по объединенному заказу ВВС И ВМС США. Во время “Второй Иракской” известен случай поражения 500 килограммовой JDAM иракского бункера, находившегося на глубине 18 метров под землей. Причем подрыв боевой части самой бомбы произошел на минус третьем уровне бункера, находившемся еще 12-ю метрами ниже. Сказано - сделано! У США появилась программа модернизации всех 400 “тактических” и 200 “запасных” В61 в новейшую модернизацию В61-12. Впрочем, ходят слухи, что “высотные” варианты под эту программу попадут тоже.
На фото из программы испытаний хорошо видно, что инженеры пошли именно таким путем. На хвостовик, торчащий за стабилизаторами внимания обращать не стоит. Это элемент крепления к испытательному стенду в аэродинамической трубе.
Важно отметить, что в центральной части изделия появилась вставка, в которой расположены маломощные ракетные двигатели, выхлоп сопел которых обеспечивает бомбе собственное вращение по продольной оси. В сочетании с головкой самонаведения и активными рулями, В61-12 теперь может планировать на дальность до 120 - 130 километров, позволяя самолету-носителю производить ее сброс без захода в зону ПВО цели.
20 октября 2015 года ВВС США провели бросковые испытания образца новой тактической термоядерной бомбы на полигоне в штате Невада, использовав в качестве носителя истребитель-бомбардировщик F-15E. Боеприпас без заряда уверенно поразил круг радиусом 30 метров.
Насчет точности (КВО):
Это значит, что формально американцам удалось (есть такое у них выражение) схватить Бога за бороду. Под соусом “просто модернизации одного очень-очень старого изделия”, которое, к тому же, ни под один из свежезаключенных договоров не подпадает, США создали “ядерное шило” с повышенной дальностью и точностью. С учетом особенностей физики ударной волны подземного взрыва и модернизации боевой части под 0,3 – 1,5 – 10 – 35 (по другим источникам до 50) килотонн, в проникающем режиме В61-12 может обеспечить такие же разрушения, как при обычном наземном взрыве мощностью от 750 до 1250 килотонн.
Правда, оборотной стороной успеха стали… деньги и союзники. На сами поиски решения, включая бросковые испытания на полигоне, с 2010 года Пентагон потратил всего 2 млрд. долларов, что по американским меркам сущие пустяки. Правда, возникает ехидный вопрос, что они такого нового там придумывали, если учесть, что самый дорогой серийный комплект оборудования для переоснащения сопоставимой по размеру и весу обычной фугасной авиабомбы типа GBU там стоит всего 75 тыс. дол? Ну да ладно, чего в чужой карман заглядывать.
Другое дело, что сами эксперты из NNSA прогнозируют размер расходов на переделку всего текущего боезапаса В61 в сумме, по меньшей мере в 8,1 млрд. долл. к 2024 году. Это если ничто никуда к тому моменту не подорожает, что для американских военных программ есть ожидание абсолютно фантастическое. Хотя… если даже этот бюджет поделить на 600 изделий, предполагающихся к модернизации, то калькулятор мне подсказывает, что денег понадобится как минимум по 13,5 млн. баксов за штуку. Куда уж тут еще дороже, учитывая розничную цену обычного комплекта “умности для бомбы”?
Впрочем, существует весьма ненулевая вероятность, что вся программа В61-12 полностью так и не будет реализована. Названная сумма уже вызвала серьезное недовольство Конгресса США, серьезно занятого поиском возможностей секвестра расходов и сокращения бюджетных программ. Включая оборонные. Пентагон, само собой, бьется на смерть. Заместитель министра обороны США по проблемам глобальной стратегии Мадлен Кридон заявила на слушаниях в Конгрессе, что “воздействие секвестра угрожает подорвать усилия [по модернизации ядерных боеприпасов] и способствовать дальнейшему росту незапланированных затрат за счет удлинения периодов разработки и производства”. По ее словам, уже в нынешнем виде сокращения бюджета к настоящему моменту привели к переносу сроков начала реализации программы модернизации В61 примерно на шесть месяцев. Т.е. начало серийного производства В61-12 сдвинулся до начала 2020 года.
С другой стороны, у заседающих в разных контрольно-наблюдательных и всяких там бюджетно-финансовых комиссиях гражданских конгрессменов для секвестра существует свой резон. Самолет F-35, рассматривающийся в качестве основного носителя новых термоядерных авиабомб, все еще толком не летает. Программа его поставок в войска уже в который раз сорвана и неизвестно, будет ли она исполнена вообще. Европейские партнеры по НАТО все больше выражают озабоченность по поводу опасности повышения “тактической заточенности” модернизированных В61 и неизбежный “какой-то ответ со стороны России”. А она уже успела за прошедшие несколько лет продемонстрировать способность парировать новые угрозы категорически ассиметричными способами. Как бы не получилось так, что в результате ответных мер Москвы, ядерная безопасность в Европе, вопреки сладким речам Вашингтона, не увеличилась, а, наоборот, как бы не уменьшилась. Они все чаще цепляются за стремление к безъядерному статусу Европы. И модернизированные термоядерные бомбы их совершенно не радуют. Разве что новый премьер-министр Великобритании в своем первом выступлении при вступлении в должность что-то там про ядерное сдерживание пообещала. Остальные же, особенно Германия, Франция и Италия, так вообще не стесняются заявлять, что против реально у них существующих проблем с мигрантами и террористических угроз тактическое ядерное оружие может помочь в наименьшей степени.
Но деваться Пентагону все равно некуда. Если не модернизировать эти бомбы в ближайшие 4 – 8 лет, то “ржа сожрет” и половину текущего боезапаса…А еще через пяток лет вопрос модернизации может сняться сам собой, так сказать, в виду пропадания предмета для модернизации.
И, кстати, с начинкой боеголовок стратегического ядерного оружия у них ведь те же проблемы…
источники
Наша статья посвящена истории создания и общим принципам синтеза такого устройства, как иногда называемой водородной. Вместо выделения энергии взрыва при расщеплении ядер тяжелых элементов, вроде урана, она генерирует даже большее ее количество путем слияния ядер легких элементов (например, изотопов водорода) в один тяжелый (например, гелий).
Почему предпочтительнее слияние ядер?
При термоядерной реакции, заключающейся в слиянии ядер участвующих в ней химических элементов, генерируется значительно больше энергии на единицу массы физического устройства, чем в чистой атомной бомбе, реализующей ядерную реакцию деления.
В атомной бомбе делящееся ядерное топливо быстро, под действием энергии подрыва обычных взрывчатых веществ объединяется в небольшом сферическом объеме, где создается его так называемая критическая масса, и начинается реакция деления. При этом многие нейтроны, освобождающиеся из делящихся ядер, будут вызывать деление других ядер в массе топлива, которые также выделяют дополнительные нейтроны, что приводит к цепной реакции. Она охватывает не более 20 % топлива, прежде чем бомба взрывается, или, возможно, гораздо меньше, если условия не идеальны: так в атомных бомбах Малыш, сброшенной на Хиросиму, и Толстяк, поразившей Нагасаки, КПД (если такой термин вообще можно к ним применять) были всего 1,38 % и 13%, соответственно.
Слияние (или синтез) ядер охватывает всю массу заряда бомбы и длится, пока нейтроны могут находить еще не вступившее в реакцию термоядерное горючее. Поэтому масса и взрывная мощность такой бомбы теоретически неограниченны. Такое слияние может продолжаться теоретически бесконечно. Действительно, термоядерная бомба является одним из потенциальных устройств конца света, которое может уничтожить всю человеческую жизнь.
Что такое реакция слияния ядер?
Топливом для реакции термоядерного синтеза служат изотопы водорода дейтерий или тритий. Первый отличается от обычного водорода тем, что в его ядре, кроме одного протона содержится еще и нейтрон, а в ядре трития уже два нейтрона. В природной воде один атом дейтерия приходится на 7000 атомов водорода, но из его количества. содержащегося в стакане воды, можно в результате термоядерной реакции получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 200 л бензина. На встрече в 1946 году с политиками, отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер подчеркнул, что дейтерий дает больше энергии на грамм веса, чем уран или плутоний, однако стоит двадцать центов за грамм в сравнении с несколькими сотнями долларов за грамм топлива для ядерного деления. Тритий в природе в свободном состоянии вообще не встречается, поэтому он гораздо дороже, чем дейтерий, с рыночной ценой в десятки тысяч долларов за грамм, однако наибольшее количество энергии высвобождается именно в реакции слияния ядер дейтерия и трития, при которой образуется ядро атома гелия и высвобождается нейтрон, уносящий избыточную энергию в 17,59 МэВ
D + T → 4 Не + n + 17,59 МэВ.
Схематически эта реакция показана на рисунке ниже.
Много это или мало? Как известно, все познается в сравнении. Так вот, энергия в 1 МэВ примерно в 2,3 миллиона раз больше, чем выделяется при сгорании 1 кг нефти. Следовательно слияние только двух ядер дейтерия и трития высвобождает столько энергии, сколько выделяется при сгорании 2,3∙10 6 ∙17,59 = 40,5∙10 6 кг нефти. А ведь речь идет только о двух атомах. Можете представить, как высоки были ставки во второй половине 40-х годов прошлого века, когда в США и СССР развернулись работы, результатом которых стала термоядерная бомба.
Как все начиналось
Еще летом 1942 г. в начале реализации проекта создания атомной бомбы в США (Манхэтенский проект) и позднее в аналогичной советской программе, задолго до того, как была построена бомба, основанная на делении ядер урана, внимание некоторых участников этих программ было привлечено к устройству, которое может использовать гораздо более мощную термоядерную реакцию слияния ядер. В США сторонником этого подхода, и даже, можно сказать, его апологетом, был уже упомянутый выше Эдвард Теллер. В СССР это направление развивал Андрей Сахаров, будущий академик и диссидент.
Для Теллера его увлечение термоядерным синтезом в годы создания атомной бомбы сыграло скорее медвежью услугу. Будучи участником Манхэтенского проекта, он настойчивые призывал к перенаправлению средств на реализацию собственных идей, целью которых была водородная и термоядерная бомба, что не понравилось руководству и вызвало напряженность в отношениях. Поскольку в то время термоядерное направление исследований не было поддержано, то после создания атомной бомбы Теллер покинул проект и занялся преподавательской деятельностью, а также исследованиями элементарных частиц.
Однако начавшаяся холодная война, а больше всего создание и успешное испытание советской атомной бомбы в 1949 г., стали для яростного антикоммуниста Теллера новым шансом реализовать свои научные идеи. Он возвращается в Лос-Аламосскую лабораторию, где создавалась атомная бомба, и совместно со Станиславом Уламом и Корнелиусом Эвереттом приступает к расчетам.
Принцип термоядерной бомбы
Для того чтобы началась реакция слияния ядер, нужно мгновенно нагреть заряд бомбы до температуры в 50 миллионов градусов. Схема термоядерной бомбы, предложенная Теллером, использует для этого взрыв небольшой атомной бомы, которая находится внутри корпуса водородной. Можно утверждать, что было три поколения в развитии ее проекта в 40-х годах прошлого века:
- вариант Теллера, известный как "классический супер";
- более сложные, но и более реальные конструкции из нескольких концентрических сфер;
- окончательный вариант конструкции Теллера-Улама, которая является основой всех работающих поныне систем термоядерного оружия.
Аналогичные этапы проектирования прошли и термоядерные бомбы СССР, у истоков создания которых стоял Андрей Сахаров. Он, по-видимому, вполне самостоятельно и независимо от американцев (чего нельзя сказать о советской атомной бомбе, созданной совместными усилиями ученых и разведчиков, работавших в США) прошел все вышеперечисленные этапы проектирования.
Первые два поколения обладали тем свойством, что они имели последовательность сцепленных "слоев", каждый из которых усиливал некоторый аспект предыдущего, и в некоторых случаях устанавливалась обратная связь. Там не было четкого разделения между первичной атомной бомбой и вторичной термоядерной. В отличие от этого, схема термоядерной бомбы разработки Теллера-Улама резко различает первичный взрыв, вторичный, и при необходимости, дополнительный.
Устройство термоядерной бомбы по принципу Теллера-Улама
Многие его детали по-прежнему остаются засекреченными, но есть достаточная уверенность, что все имеющееся ныне термоядерное оружие использует в качестве прототипа устройство, созданное Эдвардом Теллерос и Станиславом Уламом, в котором атомная бомба (т. е. первичный заряд) используется для генерации излучения, сжимает и нагревает термоядерное топливо. Андрей Сахаров в Советском Союзе, по-видимому, независимо придумал аналогичную концепцию, которую он назвал "третьей идеей".
Схематически устройство термоядерной бомбы в этом варианте показано на рисунке ниже.
Она имела цилиндрическую форму, с примерно сферической первичной атомной бомбой на одном конце. Вторичный термоядерный заряд в первых, еще непромышленных образцах, был из жидкого дейтерия, несколько позднее он стал твердым из химического соединения под названием дейтерид лития.
Дело в том, что в промышленности давно используется гидрид лития LiH для безбалонной транспортировки водорода. Разработчики бомбы (эта идея сначала была использована в СССР) просто предложили брать вместо обычного водорода его изотоп дейтерий и соединять с литием, поскольку с твердым термоядерным зарядом выполнить бомбу гораздо проще.
По форме вторичный заряд представлял собой цилиндр, помещенный в контейнер со свинцовой (или урановой) оболочкой. Между зарядами находится щит нейтронной защиты. Пространство, между стенками контейнера с термоядерным топливом и корпусом бомбы заполнено специальным пластиком, как правило, пенополистиролом. Сам корпус бомбы выполнен из стали или алюминия.
Эти формы изменились в последних конструкциях, таких как показанная на рисунке ниже.
В ней первичный заряд сплюснут, как арбуз или мяч в американском футболе, а вторичный заряд - сферический. Такие формы гораздо более эффективно вписываются во внутренний объем конических ракетных боеголовок.
Последовательность термоядерного взрыва
Когда первичная атомная бомба детонирует, то в первые мгновения этого процесса генерируется мощное рентгеновское излучение (поток нейтронов), которое частично блокируется щитом нейтронной защиты, и отражается от внутренней облицовки корпуса, окружающего вторичный заряд, так что рентгеновские лучи симметрично падают на него по всей его длине.
На начальных этапах термоядерной реакции нейтроны от атомного взрыва поглощаются пластиковым заполнителем, чтобы не допустить чересчур быстрого разогрева топлива.
Рентгеновские лучи вызвают появление вначале плотной пластиковой пены, заполняющей пространство между корпусом и вторичным зарядом, которая быстро переходит в состояние плазмы, нагревающей и сжимающей вторичный заряд.
Кроме того, рентгеновские лучи испаряют поверхность контейнера, окружающего вторичный заряд. Симметрично испаряющееся относительно этого заряда вещество контейнера приобретает некоторый импульс, направленный от его оси, а слои вторичного заряда согласно закону сохранения количества движения получают импульс, направленный к оси устройства. Принцип здесь тот же, что и в ракете, только если представить, что ракетное топливо разлетается симметрично от ее оси, а корпус сжимается внутрь.
В результате такого сжатия термоядерного топлива, его объем уменьшается в тысячи раз, а температура достигает уровня начала реакции слияния ядер. Происходит взрыв термоядерной бомбы. Реакция сопровождается образованием ядер трития, которые сливаются с ядрами дейтерия, изначально имеющимися в составе вторичного заряда.
Первые вторичные заряды были построены вокруг стержневого сердечника из плутония, неофициально называемого "свечой", который вступал в реакцию ядерного деления, т. е. осуществлялся еще один, дополнительный атомный взрыв с целью еще большего поднятия температуры для гарантированного начала реакции слияния ядер. В настоящее время считается, что более эффективные системы сжатия устранили «свечу», позволяя дальнейшую миниатюризацию конструкции бомбы.
Операция Плющ
Так назвались испытания американского термоядерного оружия на Маршалловых островах в 1952 г. во время которых была взорвана первая термоядерная бомба. Она называлась Плющ Майк и была построена по типовой схеме Теллера-Улама. Ее вторичный термоядерный заряд был помещен в цилиндрический контейнер, представляющий собой термически изолированный сосуд Дьюара с термоядерным топливом в виде жидкого дейтерия, вдоль оси которого проходила «свеча» из 239-плутония. Дьюар, в свою очередь, был покрыт слоем 238-урана весом более 5 метрических тонн, который в процессе взрыва испарялся, обеспечивая симметричное сжатие термоядерного топлива. Контейнер с первичным и вторичным зарядами был помещен в стальной корпус 80 дюймов шириной и 244 дюйма длиной со стенками в 10-12 дюймов толщиной, что было крупнейшим примером кованого изделия до того времени. Внутренняя поверхность корпуса был выстлана листами свинца и полиэтилена для отражения излучения после взрыва первичного заряда и создания плазмы, разогревающей вторичный заряд. Все устройство весило 82 тонны. Вид устройства незадолго до взрыва показан на фото ниже.
Первое испытание термоядерной бомбы состоялось 31 октября 1952 г. Мощность взрыва составила 10,4 мегатонны. Аттол Эниветок, на котором он был произведен, был полностью разрушен. Момент взрыва показан на фото ниже.
СССР дает симметричный ответ
Термоядерное первенство США продержалось недолго. 12.08.1953 г. на Семипалатинском полигоне была испытана первая советская термоядерная бомба РДС-6, разработанная под руководством Андрея Сахарова и Юлия Харитона.Из описания выше становится ясно, что американцами на Эниветоке была взорвана собственно не бомба, как вид готового к применению боеприпаса, а скорее лабораторное устройство, громоздкое и весьма несовершенное. Советские же ученые, несмотря на небольшую мощность всего 400 кг, испытали вполне законченный боеприпас с термоядерным топливом в виде твердого дейтерида лития, а не жидкого дейтерия, как у американцев. Кстати, следует отметить, что в составе дейтерида лития используется только изотоп 6 Li (это связано с особенностями прохождения термоядерных реакций), а в природе он находится в смеси с изотопом 7 Li. Поэтому были построены специальные производства для разделения изотопов лития и отбора только 6 Li.
Достижение предельной мощности
Затем последовало десятилетие непрерывной гонки вооружений, в течение которого мощность термоядерных боеприпасов непрерывно возрастала. Наконец, 30.10.1961 г. в СССР над полигоном Новая Земля в воздухе на высоте около 4 км была взорвана самая мощная термоядерная бомба, которая когда-либо была построена и испытана, известная на Западе как «Царь-бомба».
Этот трехступенчатый боеприпас разрабатывался на самом деле как 101,5-мегатонная бомба, но стремление снизить радиоактивное заражение территории заставило разработчиков отказаться от третьей ступени мощностью в 50 мегатонн и снизить расчетную мощность устройства до 51,5 мегатонн. При этом 1,5 мегатонны составляла мощность взрыва первичного атомного заряда, а вторая термоядерная ступень должна была дать еще 50. Реальная мощность взрыва составила до 58 мегатонн.Внешний вид бомбы показан на фото ниже.
Последствия его были впечатляющими. Несмотря на весьма существенную высоту взрыва в 4000 м, невероятно яркий огненный шар нижним краем почти достиг Земли, а верхним поднялся до высоты более 4,5 км. Давление ниже точки разрыва было в шесть раз выше пикового давления при взрыве в Хиросиме. Вспышка света была настолько яркой, что ее было видно на расстоянии 1000 километров, несмотря на пасмурную погоду. Один из участников теста увидел яркую вспышку через темные очки и почувствовал последствия теплового импульса даже на расстоянии 270 км. Фото момента взрыва показано ниже.
При этом было показано, что мощность термоядерного заряда действительно не имеет ограничений. Ведь достаточно было выполнить третью ступень, и расчетная мощность была бы достигнута. А ведь можно наращивать число ступеней и далее, так как вес «Царь-бомбы» составил не более 27 тонн. Вид этого устройства показан на фото ниже.
После этих испытаний многим политикам и военным как в СССР, так и в США стало ясно, что наступил предел гонки ядерных вооружений и ее нужно остановить.
Современная Россия унаследовала ядерный арсенал СССР. Сегодня термоядерные бомбы России продолжают служить сдерживающим фактором для тех, кто стремится к мировой гегемонии. Будем надеяться, что они сыграют свою роль только в виде средства устрашения и никогда не будут взорваны.
Солнце как термоядерный реактор
Общеизвестно, что температура Солнца, точнее его ядра, достигающая 15000000 °К, поддерживается за счет непрерывного протекания термоядерных реакций. Однако все, что мы могли почерпнуть из предыдущего текста, говорит о взрывном характере таких процессов. Тогда почему Солнце не взрывается как термоядерная бомба?
Дело в том, что при огромной доле водорода в составе солнечной массы, которая достигает 71 %, доля его изотопа дейтерия, ядра которого только и могут участвовать в реакции термоядерного синтеза, ничтожно мала. Дело в том, что ядра дейтерия сами образуются в результате слияния двух ядер водорода, да не просто слияния, а с распадом одного из протонов на нейтрон, позитрон и нейтрино (т. наз. бета-распад), что является редким событием. При этом образующиеся ядра дейтерия распределены по объему солнечного ядра довольно равномерно. Поэтому при её огромных размерах и массе отдельные и редкие очаги термоядерных реакций относительно небольшой мощности как бы размазаны по всему его ядру Солнца. Выделяемого при этих реакциях тепла явно недостаточно, чтобы мгновенно выжечь весь дейтерий в Солнце, но хватает для его нагрева до температуры, обеспечивающей жизнь на Земле.
В мире существует немалое количество различных политических клубов. Большая, теперь уже, семерка, Большая двадцатка, БРИКС, ШОС, НАТО, Евросоюз, в какой-то степени. Однако ни один из этих клубов не может похвастаться уникальной функцией – способностью уничтожить мир таким, каким мы его знаем. Подобными возможностями обладает «ядерный клуб».
На сегодняшний день существует 9 стран, обладающих ядерным оружием:
- Россия;
- Великобритания;
- Франция;
- Индия
- Пакистан;
- Израиль;
- КНДР.
Страны выстроены по мере появления у них в арсенал ядерного оружия. Если бы список был выстроен по количеству боеголовок, то Россия оказалась бы на первом месте с ее 8000 единицами, 1600 из которых можно запускать хоть сейчас. Штаты отстают всего на 700 единиц, но «под рукой» у них на 320 зарядов больше.«Ядерный клуб» — понятие сугубо условное, никакого клуба на самом деле нет. Между странами есть ряд соглашений по нераспространению и сокращению запасов ядерного оружия.
Первые испытания атомной бомбы, как известно, произвела США еще в 1945. Это оружие было испытано в «полевых» условиях Второй Мировой на жителях японских городов Хиросима и Нагасаки. Они действуют по принципу деления. Во время взрыва запускается цепная реакция, которая провоцирует деления ядер на два, с сопутствующим высвобождением энергии. Для этой реакции в основном используют уран и плутоний. С этими элементами и связаны наши представления о том, из чего делаются ядерные бомбы. Так как в природе уран встречается лишь в виде смеси трех изотопов, из которых только один способен поддерживать подобную реакцию, необходимо производить обогащение урана. Альтернативой является плутоний-239, который не встречается в природе, и его нужно производить из урана.
Если в урановой бомбе идет реакция деления, то в водородной реакция слияния - в этом суть того, чем отличается водородная бомба от атомной. Все мы знаем, что солнце дает нам свет, тепло, и можно сказать жизнь. Те же самые процессы, что происходят на солнце, могут с легкостью уничтожать города и страны. Взрыв водородной бомбы рожден реакцией синтеза легких ядер, так называемого термоядерного синтеза. Это «чудо» возможно благодаря изотопам водорода – дейтерию и тритию. Собственно поэтому бомба и называется водородной. Также можно увидеть название «термоядерная бомба», по реакции, которая лежит в основе этого оружия.
После того, как мир увидел разрушительную силу ядерного оружия, в августе 1945 года, СССР начало гонку, которая продолжалась до момента его распада. США первыми создали, испытали и применили ядерное оружие, первыми произвели подрыв водородной бомбы, но на счет СССР можно записать первое изготовление компактной водородной бомбы, которую можно доставить противнику на обычном Ту-16. Первая бомба США была размером с трехэтажный дом, от водородной бомбы такого размер мало толку. Советы получили такое оружие уже в 1952, в то время как первая «адекватная» бомба Штатов была принята на вооружение лишь в 1954. Если оглянуться назад и проанализировать взрывы в Нагасаки и Хиросиме, то можно прийти к выводу, что они не были такими уж мощными. Две бомбы в сумме разрушили оба города и убили по разным данным до 220 000 человек. Ковровые бомбардировки Токио в день могли уносить жизни 150-200 000 человек и без всякого ядерного оружия. Это связано с малой мощностью первых бомб — всего несколько десятков килотонн в тротиловом эквиваленте. Водородные же бомбы испытывали с прицелом на преодоление 1 мегатонны и более.
Первая Советская бомба была испытана с заявкой на 3 Мт, но в итоге испытывали 1.6 Мт.
Мощнейшая водородная бомба была испытана Советами в 1961 году. Ее мощность достигла 58-75 Мт, при заявленных 51 Мт. «Царь» поверг мир в легкий шок, в прямом смысле. Ударная волна обошла планету три раза. На полигоне (Новая Земля) не осталось ни одной возвышенности, взрыв было слышно на расстоянии 800км. Огненный шар достиг диаметра почти 5км, «гриб» вырос на 67км, а диаметр его шапки составил почти 100км. Последствия такого взрыва в крупном городе тяжело представить. По мнению многих экспертов, именно испытание водородной бомбы такой мощности (Штаты располагали на тот момент бомбами вчетверо меньше по силе) стало первым шагом к подписанию различных договоров по запрету ядерного оружия, его испытания и сокращению производства. Мир впервые задумался о собственной безопасности, которая действительно стояла под угрозой.
Как было сказано ранее, принцип действия водородной бомбы основан на реакции синтеза. Термоядерный синтез — это процесс слияния двух ядер в одно, с образованием третьего элемента, выделением четвертого и энергии. Силы, отталкивающие ядра, колоссальны, поэтому для того, чтобы атомы сблизилась достаточно близко для слияния, температура должна быть просто огромной. Ученые уже который век ломают голову над холодным термоядерным синтезом, так сказать пытаются сбросить температуру синтеза до комнатной, в идеале. В этом случае человечеству откроется доступ к энергии будущего. Что же до термоядерной реакции в настоящее время, то для ее запуска по-прежнему нужно зажигать миниатюрное солнце здесь на Земле — обычно в бомбах используют урановый или плутониевый заряд для старта синтеза.
Помимо описанных выше последствий от использования бомбы в десятки мегатонн, водородная бомба, как и любое ядерное оружие, имеет ряд последствий от применения. Некоторые люди склонны считать, что водородная бомба — «более чистое оружие», чем обычная бомба. Возможно, это связано с названием. Люди слышат слово «водо» и думают, что это как-то связано с водой и водородом, а следовательно последствия не такие плачевные. На самом деле это конечно не так, ведь действие водородной бомбы основано на крайне радиоактивных веществах. Теоретически возможно сделать бомбу без уранового заряда, но это нецелесообразно ввиду сложности процесса, поэтому чистую реакцию синтеза «разбавляют» ураном, для увеличения мощности. При этом количество радиоактивных осадков вырастает до 1000%. Все, что попадает в огненный шар, будет уничтожено, зона в радиусе поражения станет необитаемой для людей на десятилетия. Радиоактивные осадки могут нанести вред здоровью людей в сотнях и тысячах километров. Конкретные цифры, площадь заражения можно рассчитать, зная силу заряда.
Однако разрушение городов — не самое страшное, что может случиться «благодаря» оружию массового поражения. После ядерной войны мир не будет полностью уничтожен. На планете останутся тысячи крупных городов, миллиарды людей и лишь небольшой процент территорий потеряет свой статус «пригодная для жизни». В долгосрочной перспективе весь мир окажется под угрозой из-за так называемой «ядерной зимы». Подрыв ядерного арсенала «клуба» может спровоцировать выброс в атмосферу достаточного количества вещества (пыли, сажи, дыма), чтобы «убавить» яркость солнца. Пелена, которая может разнестись по всей планете, уничтожит урожаи на несколько лет вперед, провоцируя голод и неизбежное сокращение населения. В истории уже был «год без лета», после крупного извержения вулкана в 1816, поэтому ядерная зима выглядит более чем реально. Опять же в зависимости от того, как будет протекать война, мы можем получить следующие виды глобального изменения климата:
- похолодание на 1 градус, пройдет незаметно;
- ядерная осень – похолодание на 2-4 градуса, возможны неурожаи и усиление образования ураганов;
- аналог «года без лета» — когда температура упала значительно, на несколько градусов на год;
- малый ледниковый период – температура может упасть на 30 – 40 градусов на значительное время, будет сопровождаться депопуляцией ряда северных зон и неурожаями;
- ледниковый период – развитие малого ледникового периода, когда отражение солнечных лучей от поверхности может достичь некой критической отметки и температура продолжит падать, отличие лишь в температуре;
- необратимое похолодание – это совсем печальный вариант ледникового периода, который под влиянием множества факторов превратит Землю в новую планету.
Теория ядерной зимы постоянно подвергается критике, ее последствия выглядят немного раздутыми. Однако не стоит сомневаться в ее неминуемом наступлении при каком-либо глобальном конфликте с применением водородных бомб.
Холодная война давно позади, и поэтому ядерную истерию можно увидеть разве что в старых голливудских фильмах и на обложках раритетных журналов и комиксов. Несмотря на это, мы можем находиться на пороге, пусть и не большого, но серьезного ядерного конфликта. Все это благодаря любителю ракет и герою борьбы с империалистическими замашками США – Ким Чен Ыну. Водородная бомба КНДР — объект пока что гипотетический, о ее существовании говорят лишь косвенные улики. Конечно, правительство Северной Кореи постоянно сообщает о том, что им удалось изготовить новые бомбы, пока что в живую их никто не видел. Естественно Штаты и их союзники – Япония и Южная Корея, немного более обеспокоены наличием, пусть даже и гипотетическим, подобного оружия у КНДР. Реалии таковы, что на данный момент у КНДР не достаточно технологий для успешной атаки на США, о которой они каждый год заявляют на весь мир. Даже атака на соседние Японию или Юг могут быть не очень успешными, если вообще состоятся, но с каждым годом опасность возникновения нового конфликта на корейском полуострова растет.
Атомная энергия выделяется не только при делении атомных ядер тяжелых элементов, но и при соединении (синтезе) легких ядер в более тяжелые.
Например, ядра атомов водорода, соединяясь, образуют ядра атомов гелия, при этом выделяется энергии на единицу веса ядерного горючего больше, чем при делении ядер урана.
Эти реакции синтеза ядер, протекающие при очень высоких температурах, измеряемых десятками миллионов градусов, получили название термоядерных реакций. Оружие, основанное на использовании энергии мгновенно выделяющейся в результате термоядерной реакции, называется термоядерным оружием .
Термоядерное оружие, в котором в качестве заряда (ядерного взрывчатого вещества) используются изотопы водорода, часто называют водородным оружием .
Особенно успешно протекает реакция синтеза между изотопами водорода - дейтерием и тритием.
В качестве заряда водородной бомбы может также применяться и дейтерий лития (соединение дейтерия с литием).
Дейтерий, или тяжелый водород, в незначительных количествах встречается в природе в составе тяжелой воды. В обычной воде в виде примеси содержится около 0,02% тяжелой воды. Чтобы получить 1 кг дейтерия, надо переработать не менее 25 т воды.
Тритий, или сверхтяжелый водород, в природе практически не встречается. Он получается искусственно, например, при облучении лития нейтронами. Для этой цели могут быть использованы нейтроны, выделяющиеся в ядерных реакторах.
Практически устройство водородной бомбы можно представить себе следующим образом: рядом с водородным зарядом, содержащим тяжелый и сверхтяжелый водород (т. е. дейтерий и тритий), находятся два удаленных друг от друга полушария из урана или плутония (атомный заряд).
Для сближения этих полушарий используются заряды из обычного взрывчатого вещества (тротила). Взрываясь одновременно, заряды из тротила сближают полушария атомного заряда. В момент их соединения происходит взрыв, тем самым создаются условия для термоядерной реакции, а следовательно, произойдет взрыв и водородного заряда. Таким образом, реакция взрыва водородной бомбы проходит две фазы: первая фаза - деление урана или плутония, вторая - фаза синтеза, при которой образуются ядра гелия и свободные нейтроны больших энергии. В настоящее время имеются схемы построения трехфазной термоядерной бомбы.
В трехфазной бомбе оболочку изготовляют из урана-238 (природного урана). В этом случае реакция проходит три фазы: первая фаза деления (уран или плутоний для детонации), вторая - термоядерная реакция в гидрите лития и третья фаза - реакция деления урана-238. Деление ядер урана вызывают нейтроны, которые выделяются в виде мощного потока при реакции синтеза.
Изготовление оболочки из урана-238 дает возможность увеличить мощность бомбы за счет наиболее доступного атомного сырья. По сообщению иностранной печати, уже испытывались бомбы мощностью 10-14 млн. тонн и более. Становится очевидным, что это не является пределом. Дальнейшее усовершенствование ядерного оружия идет как по линии создания бомб особо большой мощности, так и по линии разработки новых конструкций, позволяющих уменьшить вес и калибр бомб. В частности, работают над созданием бомбы, основанной полностью на синтезе. Имеются, например, сообщения в иностранной печати о возможности применения нового метода детонации термоядерных бомб на основе использования ударных волн обычных взрывчатых веществ.
Энергия, выделяемая при взрыве водородной бомбы, может быть в тысячи раз больше, чем энергия взрыва атомной бомбы. Однако радиус разрушения не может превышать во столько же раз радиус разрушений, вызванных взрывом атомной бомбы.
Радиус действия ударной волны при воздушном взрыве водородной бомбы с тротиловым эквивалентом в 10 млн. т больше радиуса действия ударной волны, образующейся при взрыве атомной бомбы с тротиловым эквивалентом в 20000 тонн, примерно в 8 раз, тогда как мощность бомбы больше в 500 раз, т. е. на корень кубический из 500. Соответственно этому и площадь разрушения увеличивается примерно в 64 раза, т. е. пропорционально корню кубическому из коэффициента увеличения мощности бомбы в квадрате.
По данным иностранных авторов, при ядерном взрыве мощностью 20 млн. т площадь полного разрушения обычных наземных строений, по подсчетам американских специалистов, может достигнуть 200 км 2 , зона значительных разрушений - 500 км 2 и частичных - до 2580 км 2 .
Это значит, заключают иностранные специалисты, что взрыва одной бомбы подобной мощности достаточно для разрушения современного крупного города. Как известно, занимаемая площадь Парижа - 104 км 2 , Лондона - 300 км 2 , Чикаго - 550 км 2 , Берлина - 880 км 2 .
Масштабы поражений и разрушений от ядерного взрыва мощностью в 20 млн. т могут быть представлены схематично, в следующем виде:
Область смертельных доз начальной радиации в радиусе до 8 км (на площади до 200 км 2);
Область поражений световым излучением (ожоги)] в радиусе до 32 км (на площади около 3000 км 2).
Повреждения жилых зданий (выбиты стекла, осыпалась штукатурка и т. д.) могут наблюдаться даже на расстоянии до 120 км от места взрыва.
Приведенные данные из открытых иностранных источников являются ориентировочными, они получены при испытании ядерных боеприпасов меньшей мощности и путем расчетов. Отклонения от этих данных в ту или другую сторону будут зависеть от различных факторов, и в первую очередь от рельефа местности, характера застройки, метеорологических условий, растительного покрова и т. д.
Изменить радиус поражения в значительной степени можно путем создания искусственно тех или других условий, снижающих эффект воздействия поражающих факторов взрыва. Так, например, можно уменьшить поражающее действие светового излучения, сократить площадь, на которой могут возникнуть ожоги у людей и воспламеняться предметы, путем создания дымовой завесы.
Проведенные опыты в США по созданию дымовых завес при ядерных взрывах в 1954-1955 гг. показали, что при плотности завесы (масляных туманов), получаемой при расходе 440-620 л масла на 1 км 2 , воздействие светового излучения ядерного взрыва в зависимости от расстояния до эпицентра можно ослабить на 65-90 %.
Ослабляют поражающее воздействие светового излучения также и другие дымы, которые не только не уступают, а в ряде случаев превосходят масляные туманы. В частности, промышленный дым, уменьшающий атмосферную видимость, может ослабить воздействие светового излучения в такой же степени, как и масляные туманы.
Намного можно уменьшить поражающий эффект ядерных взрывов путем рассредоточенного строительства населенных пунктов, создания массивов лесных насаждений и т. д.
Особо следует отметить резкое уменьшение радиуса поражения людей в зависимости от использования тех или других средств защиты. Известно, например, что даже на небольшом сравнительно расстоянии от эпицентра взрыва надежным укрытием от воздействия светового излучения и проникающей радиации является убежище, имеющее слой земляного покрытия толщиной 1,6 м или слой бетона в 1 м.
Убежище легкого типа уменьшает радиус зоны поражения людей по сравнению с открытым расположением в шесть раз, а площадь поражения сокращается в десятки раз. При использовании крытых щелей радиус возможного поражения уменьшается в 2 раза.
Следовательно, при максимальном использовании всех имеющихся способов и средств защиты можно добиться значительного снижения воздействия поражающих факторов ядерного оружия и тем самым уменьшения людских и материальных потерь при его применении.
Говоря о масштабах разрушений, которые могут быть вызваны взрывами ядерного оружия большой мощности, необходимо иметь в виду, что поражения будут нанесены не только действием ударной волны, светового излучения и проникающей радиации, но и действием радиоактивных веществ, выпадающих по пути движения образовавшегося при взрыве облака, в состав которого входят не только газообразные продукты взрыва, но и твердые частицы различной величины как по весу, так и по размерам. Особенно большое количество радиоактивной пыли образуется при наземных взрывах.
Высота подъема облака и его размеры во многом зависят от мощности взрыва. По сообщению иностранной печати, при испытании ядерных зарядов мощностью в несколько миллионов тонн тротила, которые проводились США в районе Тихого океана в 1952-1954 гг., верхушка облака достигла высоты 30-40 км.
В первые минуты после взрыва облако имеет форму шара и с течением времени вытягивается по направлению ветра, достигая огромной величины (около 60- 70 км).
Примерно через час после взрыва бомбы с тротиловым эквивалентом в 20 тысяч т объем облака достигает 300 км 3 , а при взрыве бомбы в 20 млн. т объем может достигнуть 10 тыс. км 3 .
Двигаясь по направлению потока воздушных масс, атомное облако может занять полосу протяженностью в несколько десятков километров.
Из облака при его движении, после подъема в верхние слои разряженной атмосферы, уже через несколько минут начинает выпадать на землю радиоактивная пыль, заражая по пути территорию в несколько тысяч квадратных километров.
В первое время выпадают наиболее тяжелые частицы пыли, которые успевают осесть в течение нескольких часов. Основная масса крупной пыли выпадает в первые 6-8 часов после взрыва.
Около 50% частиц (наиболее крупных) радиоактивной пыли выпадает в течение первых 8 часов после взрыва. Это выпадение часто называют местным в отличие от общего, повсеместного.
Более мелкие частицы пыли остаются в воздухе на различных высотах и выпадают на землю в течение примерно двух недель после взрыва. За это время облако может обойти вокруг земного шара несколько раз, захватывая при этом широкую полосу параллельно широте, на которой был произведен взрыв.
Частицы малых размеров (до 1 мк) остаются в верхних слоях атмосферы, распределяясь более равномерно вокруг земного шара, и выпадают в течение последующего ряда лет. По заключению ученых, выпадение мелкой радиоактивной пыли продолжается повсеместно на протяжении около десяти лет.
Наибольшую опасность для населения представляет радиоактивная пыль, выпадающая в первые часы после взрыва, так как при этом уровень радиоактивного заражения является настолько высоким, что может вызвать смертельные поражения людей и животных, оказавшихся на территории по пути движения радиоактивного облака.
Размеры площади и степень заражения местности в результате выпадения радиоактивной пыли во многом зависят от метеорологических условий, рельефа местности, высоты взрыва, величины заряда бомбы, характера грунта и т. п. Наиболее важным фактором, определяющим размеры площади заражения, ее конфигурацию, является направление и сила ветров, господствующих в районе взрыва на различных высотах.
Чтобы определить возможное направление движения облака, необходимо знать, в каком направлении и с какой скоростью дует ветер на различных высотах, начиная с высоты примерно 1 км и кончая 25-30 км. Для этого метеослужба должна вести постоянные наблюдения и измерения ветра с помощью радиозондов на различных высотах; на основании полученных данных определять, в каком направлении вероятнее всего движение радиоактивного облака.
При взрыве водородной бомбы, произведенном США в 1954 году в районе центральной части Тихого океана (на атолле Бикини), зараженный участок территории имел форму вытянутого эллипса, который простирался на 350 км по ветру и на 30 км против ветра. Наибольшая ширина полосы составляла около 65 км. Общая площадь опасного заражения достигала около 8 тыс. км 2 .
Как известно, в результате этого взрыва заражению радиактивной пылью подверглось японское рыболовное судно «Фукурюмару», которое находилось в то время на расстоянии около 145 км. Находившиеся на этом судне 23 рыбака получили поражения, причем один из них смертельное.
Действию выпавшей радиоактивной пыли после взрыва 1 марта 1954 года подверглись также 29 американских служащих и 239 жителей Маршалловых островов, причем все получившие поражения находились на расстоянии более 300 км от места взрыва. Оказались зараженными также и другие суда, находившиеся в Тихом океане на удалении до 1500 км от Бикини, и часть рыбы вблизи японского берега.
На загрязнение атмосферы продуктами взрыва указывали выпавшие в мае месяце на тихоокеанском побережье и Японии дожди, в которых была обнаружена сильно повышенная радиоактивность. Районы, в которых отмечено выпадение радиоактивных осадков в течение мая 1954 года, занимают около трети всей территории Японии.
Приведенные выше данные о масштабах поражений, которые могут быть нанесены населению при взрыве атомных бомб больших калибров, показывают, что ядерные заряды большой мощности (миллионы тонн тротила) можно считать оружием радиологическим, т. е. оружием, поражающим больше радиоактивными продуктами взрыва, чем ударной волной, световым излучением и проникающей радиацией, действующей в момент взрыва.
Поэтому в ходе подготовки населенных пунктов и объектов народного хозяйства к гражданской обороне, необходимо повсеместно предусматривать мероприятия по защите населения, животных, продуктов питания, фуража и воды от заражения продуктами взрыва ядерных зарядов, которые могут выпадать по пути движения радиоактивного облака.
При этом следует иметь в виду, что в результате выпадения радиоактивных веществ будет подвергаться заражению не только поверхность почвы и предметов, но и воздух, растительность, вода в открытых водоемах и т. д. Воздух будет зараженным как в период оседания радиоактивных частиц, так и в последующее время, особенно вдоль дорог при движении транспорта или при ветреной погоде, когда осевшие частицы пыли будут опять подыматься в воздух.
Следовательно, незащищенные люди и животные могут оказаться пораженными радиоактивной пылью, попадающей в органы дыхания вместе с воздухом.
Опасными также окажутся пищевые продукты и вода, заражённые радиоактивной пылью, которые при попадании в организм могут вызвать тяжелое заболевание, иногда со смертельным исходом. Таким образом, в районе выпадения радиоактивных веществ, образующихся при ядерном взрыве, люди будут подвергаться поражению не только в результате внешнего облучения, но и при попадании в организм зараженной пищи, воды или воздуха. При организации защиты от поражения продуктами ядерного взрыва следует учитывать, что степень заражения по следу движения облака по мере удаления от места взрыва снижается.
Поэтому и опасность, которой подвергается население, находящееся в районе полосы заражения, на различном расстоянии от места взрыва неодинакова. Наиболее опасными будут районы, близлежащие от места взрыва, и районы, расположенные вдоль оси движения облака (средняя часть полосы по следу движения облака).
Неравномерность радиоактивного заражения по пути движения облака в известной мере имеет закономерный характер. Это обстоятельство необходимо принимать во внимание при организации и проведении мероприятий по противорадиационной защите населения.
Необходимо также учитывать, что от момента взрыва до момента выпадения из облака радиоактивных веществ проходит некоторое время. Это время тем больше, чем дальше от места взрыва, и может исчисляться несколькими часами. Население районов, удаленных от места взрыва, будет располагать достаточным временем, чтобы принять соответствующие меры защиты.
В частности, при условии своевременной подготовки средств оповещения и четкой работе соответствующих формирований ГО население может быть оповещено об опасности примерно за 2-3 часа.
В течение этого времени при заблаговременной подготовке населения и высокой организованности можно осуществить ряд мероприятий, обеспечивающих достаточно надежную защиту от радиоактивного поражения людей и животных. Выбор тех или иных мер и способов защиты будет определяться конкретными условиями создавшейся обстановки. Однако общие принципы должны быть определены, и в соответствии с этим заранее разработаны планы гражданской обороны.
Можно считать, что при определенных условиях наиболее рациональным следует признать принятие в первую очередь мер защиты на месте, используя все средства и. способы, предохраняющие как от попадания радиоактивных веществ внутрь организма, так и от внешнего облучения.
Как известно, наиболее эффективным средством защиты от внешнего облучения являются убежища { приспособленные с учетом требований противоатомной защиты, а также здания с массивными стенами, построенные из плотных материалов (кирпича, цемента, железобетона и т. д.), в том числе подвалы, землянки, погреба, крытые щели и обычные жилые постройки.
При оценке защитных свойств зданий и сооружений можно руководствоваться следующими ориентировочными данными: деревянный дом ослабляет действие радиоактивных излучений в зависимости от толщины стен в 4-10 раз, каменный дом - в 10-50 раз, погреба и подвалы в деревянных домах - в 50-100 раз, щель с перекрытием из слоя земли 60-90 см - в 200-300 раз.
Следовательно, в планах гражданской обороны должно быть предусмотрено использование в случае необходимости в первую очередь сооружений, обладающих более мощными защитными средствами; при получении сигнала об опасности поражения население должно немедленно укрыться в этих помещениях и находиться там до тех пор, пока не будет объявлено о дальнейших действиях.
Время пребывания людей в помещениях, предназначенных для укрытия, будет зависеть, главным образом, от того, в какой степени окажется зараженным район месторасположения населенного пункта, и скорости снижения уровня радиации с течением времени.
Так, например, в населенных пунктах, находящихся на значительном расстоянии от места взрыва, где суммарные дозы облучения, которые получат незащищенные люди, могут в течение короткого времени стать безопасными, населению целесообразно переждать это время в укрытиях.
В районах сильного радиоактивного заражения, где суммарная доза, которую могут получить незащищенные люди, будет высокой и снижение ее окажется продолжительным в этих условиях, длительное пребывание людей в укрытиях станет затруднительным. Поэтому наиболее рациональным в таких районах следует считать сначала укрытие населения на месте, а затем эвакуация его в незаряженные районы. Начало эвакуации и ее продолжительность будет зависеть от местных условий: уровня радиоактивного заражения, наличия транспортных средств, путей сообщения, времени года, отдаленности мест размещения эвакуированных и т. д.
Таким образом, территорию радиоактивного заражения по следу радиоактивного облака можно разделить условно на две зоны с различными принципами защиты населения.
В первую зону входит территория, где уровни радиации по истечении 5-6 суток после взрыва остаются высокими и снижаются медленно (примерно на 10-20% ежесуточно). Эвакуация населения из таких районов может начаться лишь после снижения уровня радиации до таких показателей, при которых за время сбора и движения в зараженной зоне люди не получат суммарной дозы более 50 р.
Ко второй зоне относятся районы, в которых уровни радиации снижаются в течение первых 3-5 суток после взрыва до 0,1 рентген/час.
Эвакуация населения из этой зоны не целесообразна, так как это время можно переждать в укрытиях.
Успешное осуществление мероприятий по защите населения во всех случаях немыслимо без тщательной радиационной разведки и наблюдения и постоянного контроля уровня радиации.
Говоря о защите населения от радиоактивного поражения по следу движения облака, образовавшегося при ядерном взрыве, следует помнить, что можно избежать поражения или достигнуть его снижения лишь при четкой организации комплекса мероприятий, к которым относится:
- организация системы оповещения, обеспечивающей своевременное предупреждение населения о наиболее вероятном направлении движения радиоактивного облака и опасности поражения. В этих целях должны быть использованы все имеющиеся средства связи - телефон, радиостанции, телеграф, радиотрансляция и т. д.;
- подготовка формирований ГО для проведения разведки как в городах, так и в районах сельской местности;
- укрытие людей в убежищах или других помещениях, защищающих от радиоактивных излучений (подвалы, погреба, щели и т. д.);
- проведение эвакуации населения и животных из района устойчивого заражения радиоактивной пылью;
- подготовка формирований и учреждений медицинской службы ГО к действиям по оказанию помощи пораженным, главным образом лечению, проведению санитарной обработки, экспертизы воды и пищевых продуктов на зараженность радиоактивными веществ вами;
- заблаговременное проведение мероприятий по защите продуктов питания на складах, в торговой сети, на предприятиях общественного питания, а также источников водоснабжения от заражения радиоактивной пылью (герметизация складских помещений, подготовка тары, подручных материалов для укрытия продуктов, подготовка средств для дезактивации продовольствия и тары, оснащение дозиметрическими приборами);
- проведение мероприятий по защите животных и оказание помощи животным в случае поражения.
Для обеспечения надежной защиты животных необходимо предусмотреть содержание их в колхозах, совхозах по возможности мелкими группами по бригадам, фермам или населенным пунктам, имеющим места укрытия.
Следует также предусмотреть создание дополнительных водоемов или колодцев, которые могут стать резервными источниками водоснабжения в случае заражения воды постояннодействующих источников.
Важное значение приобретают складские помещения, в которых хранится фураж, а также животноводческие помещения, которые по возможности следует герметизировать.
Для защиты ценных племенных животных необходимо иметь индивидуальные средства защиты, которые могут быть изготовлены из подручных материалов на месте (повязки для защиты глаз, торбы, покрывала и др.), а также противогазы (при наличии).
Для проведения дезактивации помещений и ветеринарной обработки животных необходимо заблаговременно учесть имеющиеся в хозяйстве дезинфекционные установки, опрыскиватели, дождевальные установки, жижерасбрасыватели и другие механизмы и емкости, при помощи которых можно производить работы по обеззараживанию и ветобработке;
Организация и подготовка формирований и учреждений для проведения работ по дезактивации сооружений, местности, транспорта, одежды, снаряжения и друтого имущества ГО, для чего заранее осуществляются мероприятия по приспособлению коммунальной техники, сельскохозяйственных машин, механизмов и приборов для этих целей. В зависимости от наличия техники должны быть созданы и обучены соответствующие формирования - отряды» команды» группы, звенья и т. д.